CN101856868B - 塑料型材冷却定型的方法及实现该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种塑料型材冷却定型的方法及实现该方法的装置，熔体型坯进入第一段干式定型模并在冷却和定型作用下得到基本固化并初步定型；然后型坯进入第二段直接冷却真空定型段，直接冷却真空定型段入口段与型坯表面接触，出口段与型坯表面紧挨，主体段不与型坯接触，故直接冷却真空定型段与型坯形成相对密封的空间，在该空间内冷却液与型坯表面直接接触而对型坯进行冷却，且冷却液与负压源相通，负压下的冷却液对型坯起到定型作用，经过冷却液的高效冷却和定型，型坯固化为型材，型材继而进入下游区间被冷却液直接浸泡或喷淋继续冷却。本发明装置对型坯具有很高的冷却效率，生产出的型材表面光洁度高、表面质量佳，牵引速度快，生产效率高。

Description

塑料型材冷却定型的方法及实现该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种对连续挤出塑料型材进行成型并冷却定型的方法，还涉及实现该方法的装置。 

背景技术

塑料型材的成型过程一般包括下述步骤：塑料原料在挤出机料筒内被塑化成熔体，熔体经过挤出机模头形成一定形状的熔体型坯，熔体型坯再进入定型模具中被冷却并基本定型，尔后再通过冷却水箱持续冷却而成型。定型模具上有真空孔和冷却孔，在真空吸附力的作用下，型坯与定型模具紧密接触，同时，型坯与定型模具或冷却液之间进行热交换而被冷却。欲使型材在牵引作用下并在后续的冷却过程中不发生变形，型坯在定型模具中必须得到充分冷却而固化定型。由于目前的定型模具的结构所限，存在以下两方面的问题：一方面，型坯在在定型模具中被冷却的速率有限。因而，为了使型坯在出定型模具后得以基本固化并定型，必须降低型材的牵引速度，或者需要增加定型模具的长度；降低牵引速度必定影响生产效率；而定型模具的长度也不能无限制地延长，定型模具长度的增加会增加牵引过程中的阻力，导致必须加大牵引力，牵引力过大会使型材产生变形；另外，增加定型模具的长度会增加制作成本和影响模具精度，同时加大了装配误差。另一方面，冷却定型过程中的真空吸附作用使型坯与定型模具之间紧密接触，这会使型材表面产生拉纹，从而影响型材表面的光洁度和平滑度，并可能会在使用过程中产生开裂，为了减少表面纹路，需要降低定型模具内表面的粗糙度并提高模具的装配精度，这就大大增加了模具的制作成本以及繁琐工序。因此，目前生产上所采用的定型模具总长度一般不超过135cm，生产线速度在2.5～3.5米/分钟，而且模具材料和制作要求都较高。 

公告号为CN 1069689A的中国发明专利公开了一种名称为“断续式直接水冷的定型方法”， 该方法把型材挤出定型模具分为两部分，在后一段模具中开有断续的水环，使型材有模具中断续地与水直接接触，这样，型材由口模挤出后，先经第一级真空冷却定型模具初步冷却定型，再经过水环直接用水冷却。然后，经真空吸附定型，再不断地水冷、定型而逐步达到尺寸与光洁度要求。这种方法虽能在不影响生产速度的前提下，改进塑料型材挤出的方法，提高产品的尺寸精度和光洁度，并降低模具成本。但这种设计依然不能大幅度提高型坯的冷却效率，而且型坯表面也会产生拉纹或刮痕。 

公告号为CN2594001Y的中国实用新型专利公开了一种名为“一种塑料异型材定型模装置”，该实用新型是在型腔外设有模套，模套置于水箱中，模套壁上设有与型腔相连通的孔或缝。该实用新型将干式定型装置设计成与型腔形状相似的模套形式，模套上分布有与型腔相连通的缝或孔，并将模套完全置于真空水箱中，使其得到冷却，同时借助真空水箱中的负压力使得塑料型坯和制品贴近型腔壁而得到定型，这样的设计虽然在一定程度上提高了冷却效率和冷却均匀性，但是这种设计中大部分的热量实际上还是通过间接热交换的方式进行的，其冷却效率有限，因而定型模具也较长，从而影响型材的表面质量。 

公开号为CN101306577A的中国发明专利公开了一名称为“对连续挤出塑料制品冷却定型的方法及中间冷却装置”，该专利是在干式定型模和湿式定型水箱之间设置一段中间冷却装置；该中间冷却装置为一密封的箱体，箱体在型材移动方向上设有若干个由定型块隔分开的可通入和导出冷却水的冷却室，各冷却室上方相通并与箱体外的负压源相通；各冷却室在型材移动方向的宽度相等或递增，型材导入的第一个冷却室宽度不大于3mm。这种方法由于各冷却室宽度很小，不会使制品变形，制品整体浸泡在冷却水中，冷却和定型效率高，可提高型材的牵引速度，减少定型模的总长度。但该发明必须增加一专门的中间冷却装置，而且必须配套使用负压源，增加了整体设备的投入，结构较为复杂，而且型材的表面质量特别是外观会有影响。 

发明内容

为了解决上述连续挤出塑料型材生产速度和型材表面质量难以提高的问题，本发明提供了一种对连续挤出塑料型材进行成型并冷却定型的方法，并且提供实现该方法的装置。它解决了现有技术中对塑料型材冷却效率较低、型材表面质量不佳、模具制作要求高、投资成本较大的问题。 

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现： 

一种塑料型材冷却定型的方法，从挤出机模头挤出的横截面封闭的熔体型坯进入第一段的干式定型模，在干式定型模的冷却和定型作用下，型坯表面基本固化并初步定型；然后，表面基本固化的型坯随即进入第二段的直接冷却真空定型段，该直接冷却真空定型段的入口段与型坯表面紧密接触，出口段与型坯表面紧挨，而其主体段不与型坯直接接触，因而该直接冷却真空定型段与型坯形成相对密封的空间，在该空间内冷却液二与型坯表面直接接触而对型坯进行直接冷却，同时冷却液二通过负压源连接口与负压源相通，负压下的冷却液二对型坯起到了定型作用，经过冷却液二的高效冷却和定型，在出直接冷却真空定型段时，型坯已固化为型材。再后，型材进入下游区间被冷却液二直接浸泡或喷淋继续冷却。 

本发明的技术方案还包括实现上述方法的装置：该装置的第一段为干式定型模，该干式定型模包括定型模腔和冷却夹套，定型模腔的形状和纵截面与所要加工的型坯的形状和纵截面相适配，型坯从该定型模腔的一端进入，从另一端出来，冷却夹套设有与外部冷却液管路相连通的进口和出口，冷却液一从进口进入冷却夹套中，在该冷却夹套中的冷却液一的冷却作用下，型坯在该干式定型模中被冷却，当型坯出该干式定型模时其表面已基本固化并初步定型；该装置的第二段为直接冷却真空定型段，该直接冷却真空定型段与干式定型模紧密联接，直接冷却真空定型段在生产中型坯的前进方向上由入口段、主体段和出口段构成，与干式定型模紧密联接的一端为入口段，另一端为出口段，入口段和出口段之间为主体段，入口段和主体段由金属材料制成，出口段由具有弹性的柔性橡胶材料制成，入口段和出口段的长 度分别只有该直接冷却真空定型段总长度的1/20～1/30，入口段内腔的形状和纵截面与干式定型模的定型模腔的形状和纵截面一致，使型坯通过入口段时型坯外表面与入口段内腔紧密接触，出口段内腔的形状与所要加工的型坯的形状相适配，但出口段内腔的纵截面比所要加工的型坯的纵截面略大，使型坯通过出口段时型坯外表面与出口段内腔紧挨，主体段内腔的纵截面比型坯的纵截面大，不与型坯表面接触。 

该直接冷却真空定型段的入口段、主体段和出口段与表面已基本固化并初步定型的横截面封闭的型坯形成相对密封的空间，该空间与负压源相连通，在负压抽吸的作用下，冷却箱体中的冷却液二通过出口段的柔性橡胶材料与型坯表面之间的缝隙进入该相对密封的空间，在该空间内型坯浸泡在冷却液二中被直接冷却，同时该空间内的冷却液二处于负压状态，这种负压作用使横截面封闭的型坯达到定型的效果；经过直接冷却真空定型段的高效冷却和定型，型坯冷却定型固化为型材，型材随后进入下游区间被冷却液二直接浸泡或喷淋继续冷却。 

上述中，出口段内腔的纵截面比所要加工的型坯的纵截面大0.5-2mm，使型坯通过出口段时型坯外表面与出口段内腔紧挨。 

上述中，主体段内腔的纵截面比型坯的纵截面大1-15cm，使主体段不与型坯外表面直接接触。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

1、本发明装置对型坯具有很高的冷却效率。干式定型模和目前所采用的其它种类的定型模具是采用冷却液间接冷却的方式对型坯进行冷却，型坯冷却定型过程中的大部分热量先传导给模具，然后冷却液再与模具进行热交换并带走热量，其传热效率较低。它是通过进水压力在模具钢材内的流动，来带走制品传导给模具钢材的热量。本发明装置中，冷却液与型坯直接接触进行热交换并带走热量，所以冷却效率高，冷却效果佳。 

2、本发明装置生产出的型材的表面光洁度高、表面质量好。型坯在冷却定型过程中型坯表面与硬质金属定型模具直接接触会影响型材的表面质量，接触时间越长即硬质金属模具 越长，则型材的表面质量越差。本发明装置中，与型坯表面直接接触的硬质金属定型模具只有第一段的干式定型模和直接冷却真空定型段的入口段两部分，这两部分的总长只占本发明装置的冷却定型段总长的1/6～1/8，而且是在型坯表面还没有完全固化时相接触，并且本发明装置的冷却定型段总长的5/6～7/8是冷却液与型坯表面直接接触，因而，型材表面的光洁度高，没有拉纹，表面质量好，外形美观。 

3、本发明装置生产型材时的牵引速度快，生产效率高。本发明装置中，大部分冷却定型段长度上与型坯表面直接接触的是冷却液，因此，冷却效率高、牵引阻力小，因而能够做到在较小牵引力的作用下和较快的牵引速度下生产型材，生产线速度可达6～8米/分钟。 

4、本发明装置中直接冷却真空定型段的入口段、主体段和出口段与表面已基本固化并初步定型的横截面封闭的型坯形成相对密封的空间，并使该空间与负压源直接相连通，并且充满了处于负压状态的冷却液，在该空间内型坯整体浸泡在冷却液中，由于在该空间内型坯还没有完全固化定型，因此可以通过这种负压作用使型坯达到定型的目的。 

5、本发明装置与相同长度的干式定型模或目前所采用的其它种类的定型模具相比，其制作材料使用少、制作精度和表面粗糙度等要求也较低，总的制造成本较低，而且结构简练、设计合理、拆装容易、维护方便。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

图1是本发明实施例一的纵截面剖析图。 

图2是本发明实施例二的纵截面剖析图。 

图3是本发明干式定型模的结构示意图。 

图中：1、型坯，2、干式定型模，3、进口，4、出口，5、定型模腔，6、冷却夹套，7、入口段，8、主体段，9、负压源连接口，10、相对密封的空间，11、出口段，12、冷却液二， 13、冷却箱体，14、弹性密封隔板，15、冷却液喷淋嘴，16、冷却液一，17、直接冷却真空定型段。 

具体实施方式

实施例一： 

结合图1及图3所示，实现塑料型材冷却定型方法的装置的第一段为干式定型模2，该干式定型模2包括定型模腔5和冷却夹套6，定型模腔5的形状和纵截面与所要加工的型坯的形状和纵截面相适配，型坯1从该定型模腔5的一端进入，从另一端出来，冷却夹套6的上下两侧设有与外部冷却液管路相连通的进口3和出口4，冷却液一16从进口3进入冷却夹套6中，从出口4出来，在该冷却夹套6中的冷却液一16的冷却作用下，型坯1在该干式定型模2中被冷却，当型坯1出该干式定型模2时其表面已基本固化并初步定型。 

装置的第二段为直接冷却真空定型段17，它与干式定型模2紧密联接，该直接冷却真空定型段在生产中沿型坯的前进方向上由入口段7、主体段8和出口段11构成，与干式定型模2紧密联接的一端为入口段7，另一端为出口段11，入口段7和出口段11之间为主体段8，入口段7和主体段8由金属材料制成，出口段11由具有弹性的柔性橡胶材料制成，入口段7和出口段11的长度分别只有该直接冷却真空定型段17总长度的1/20～1/30，入口段7内腔的形状、纵截面与干式定型模2的定型模腔5的形状、纵截面一致，出口段11内腔的形状与型坯1的形状相适配，但出口段11内腔的纵截面比型坯1的纵截面大1.2mm，主体段8内腔的纵截面比型坯1的纵截面大5cm。 

利用上述装置实现塑料型材冷却定型的方法，其实施步骤为：首先，熔体型坯1进入第一段的干式定型模2，在干式定型模2的冷却和定型作用下，型坯1表面基本固化并初步定型；然后，表面基本固化的型坯1随即进入第二段的直接冷却真空定型段17，该直接冷却真空定型段17的入口段7与型坯1表面紧密接触，出口段11与型坯1表面紧挨，而其主体段 8不与型坯1直接接触，因而该直接冷却真空定型段17的入口段7、主体段8和出口段11与表面已基本固化并初步定型的横截面封闭的型坯1形成相对密封的空间10，该空间与负压源相连通，在负压抽吸的作用下，冷却箱体13中的冷却液二12通过出口段11的柔性橡胶材料与型坯1表面之间的缝隙进入该相对密封的空间10，在该空间内型坯1浸泡在冷却液二12中被直接冷却，同时该空间内的冷却液二12处于负压状态，这种负压作用使横截面封闭的型坯1达到定型的效果；经过高效冷却和定型后，型坯1冷却定型固化为型材，型材随后进入下游区间被冷却箱体13中的冷却液二12直接浸泡。 

实施例二： 

结合图2及图3所示，在实施例一干式定型模2和直接冷却真空定型段17结构不变的情况下，在装置的后段、冷却箱体13的上内壁与下内壁设置有冷却液喷淋嘴15，冷却箱体13的中部设有弹性密封隔板14，该弹性密封隔板14可使冷却液形成密封空间，使型坯1浸泡在冷却液中。型坯1被直接冷却真空定型段17冷却定型固化为型材后，继而进入下游区间被冷却液喷淋嘴15喷淋继续冷却。 

上述中，冷却液一16及冷却液二12均采用水介质。 

以上内容是结合具体的主要实施方式所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员在不脱离本发明构思的前提下，所作出的其他若干技术精确、美化的推演或替换，都应当属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种塑料型材冷却定型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、从挤出机模头挤出的横截面封闭的熔体型坯进入第一段的干式定型模，该干式定型模包括定型模腔和冷却夹套，定型模腔的形状和纵截面与所要加工的型坯的形状和纵截面相适配，型坯从该定型模腔的一端进入，从另一端出来，冷却夹套设有与外部冷却液管路相连通的进口和出口，冷却液一从进口进入冷却夹套中，在该冷却夹套中的冷却液一的冷却作用下，型坯在该干式定型模中被冷却，当型坯出该干式定型模时其表面已基本固化并初步定型；

b、然后，表面基本固化的型坯随即进入第二段的直接冷却真空定型段，该直接冷却真空定型段与干式定型模紧密联接，该直接冷却真空定型段由入口段、主体段和出口段构成，与干式定型模紧密联接的一端为入口段，另一端为出口段，入口段和出口段之间为主体段，入口段和主体段由金属材料制成，出口段由具有弹性的柔性橡胶材料制成，入口段和出口段的长度分别为直接冷却真空定型段总长度的1/20～1/30，入口段内腔的形状和纵截面与干式定型模的定型模腔的形状和纵截面一致，使型坯通过入口段时型坯外表面与入口段内腔紧密接触，出口段内腔的形状与所要加工的型坯的形状相适配，但出口段内腔的纵截面比所要加工的型坯的纵截面略大，使型坯通过出口段时型坯外表面与出口段内腔紧挨，主体段内腔的纵截面比型坯的纵截面大，使主体段不与型坯外表面直接接触，该直接冷却真空定型段的入口段、主体段和出口段与表面已基本固化并初步定型的横截面封闭的型坯形成相对密封的空间，该空间与负压源相连通，在负压抽吸的作用下，冷却箱体中的冷却液二通过出口段的柔性橡胶材料与型坯表面之间的缝隙进入该相对密封的空间，在该空间内型坯浸泡在冷却液二中被直接冷却，同时该空间内的冷却液二处于负压状态，这种负压作用使横截面封闭的型坯达到定型的效果；经过直接冷却真空定型段的高效冷却和定型，型坯冷却定型固化为型材；

c、型材随后进入下游区间被冷却液二直接浸泡或喷淋继续冷却。

2.根据权利要求1所述的塑料型材冷却定型的方法，其特征在于，步骤b所述的出口段内腔的纵截面比所要加工的型坯的纵截面大0.5-2mm，使型坯通过出口段时型坯外表面与出 口段内腔紧挨。

3.根据权利要求1所述的塑料型材冷却定型的方法，其特征在于，步骤b所述的主体段内腔的纵截面比型坯的纵截面大1-15cm，使主体段不与型坯外表面直接接触。

4.一种实现权利要求1所述塑料型材冷却定型的方法的装置，其特征在于：包括有第一段的干式定型模以及第二段的直接冷却真空定型段，干式定型模与直接冷却真空定型段紧密联接，所述干式定型模内部包括定型模腔和冷却夹套，型坯从该定型模腔的一端进入，从另一端出来，该冷却夹套设有与外部冷却液管路相连通的进口和出口；所述直接冷却真空定型段在生产中型坯的前进方向上由入口段、主体段和出口段构成，与干式定型模紧密联接的一端为入口段，另一端为出口段，入口段和出口段之间为主体段，入口段和出口段的长度分别为直接冷却真空定型段总长度的1/20～1/30。 

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